EP2505977A2

EP2505977A2 - Temperatursensor mit Halteplatte

Info

Publication number: EP2505977A2
Application number: EP11195842A
Authority: EP
Inventors: Andreas Schlipf
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: US20120250727A1; EP2505977B1; CN102706468B; CN102706468A; US9063017B2; DE202011004481U1; EP2505977A3

Abstract

Temperatursensor (1) mit einem Sensorelement (2), einer Halteplatte (4) mit einer Anlagefläche und mindestens einer elektrischen Zuleitung (3), die ausgehend vom Sensorelement (2) durch eine Öffnung (5) in der Halteplatte (4) geführt ist, wobei auf der der Anlagefläche gegenüberliegenden Seite der Halteplatte (4) oder an einer Stirnseite der Halteplatte (4) ein Führungselement (8) angeordnet ist, durch das die elektrische Zuleitung (3) so hindurchgeführt ist, dass zumindest das dem Sensorelement zugewandte Ende des geführten Abschnitts der elektrischen Zuleitung von jedem Abschnitt der Halteplatte in Richtung senkrecht zur Anlagefläche beabstandet ist und gegen eine Verschiebung in jede Richtung außer den Erstreckungsrichtungen der elektrischen Zuleitung (3) gesichert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor mit Halteplatte gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. Derartige Temperatursensoren werden häufig verwendet, um die oberflächennahe Temperatur von beheizten Bauteilen zu ermitteln. Typischerweise wird dabei ein Sensorelement, das an einer Halteplatte angeordnet ist, in eine Ausnehmung des Bauteils eingeführt und mit einem an der Halteplatte angeordneten Befestigungselement an dem Bauteil befestigt. Zur Versorgung des Sensorelements und/oder zur Auslese von Messergebnissen ist das Sensorelement an eine elektrische Zuleitung angeschlossen, die ausgehend vom Sensorelement durch die Halteplatte hindurch auf deren von dem zu überwachenden Bauteil abgewandten Seite geführt wird und von dort im wesentlichen parallel zum Verlauf der Halteplatte weitergeführt wird.
Im Betrieb solcher Temperatursensoren mit Halteplatte hat sich herausgestellt, dass die elektrische Zuleitung bei dieser Ausgestaltung oftmals einer Knickung ausgesetzt ist, die zu ihrer Beschädigung führen kann. Aus der CH 689 875 A5 ist eine Temperatursensor mit Halteplatte bekannt, bei dem dieser Effekt durch Verwendung einer Halteplatte mit Abschnitten, die in zwei zueinander versetzten Ebenen verlaufen, reduziert wird. Einer der Abschnitte der Halteplatte bildet die Anlagefläche, der andere wird gemeinsam mit der elektrischen Zuleitung von einem Führungselement umschlossen, das dann zur Fixierung der Zuleitung an der Halteplatte verpresst wird.
Bei der dort gelehrten Vorrichtung ergibt sich jedoch das Problem, dass bei ihr eine Bewegung der elektrischen Zuleitung in der Ebene der Halteplatte insbesondere im Bereich des Haltedorns nicht hinreichend sicher ausgeschlossen ist, wodurch erneut eine Belastung der elektrischen Zuleitung bewirkt wird. Darüber hinaus muss das Führungselement relativ groß ausgeführt werden, weil es nicht nur die elektrische Zuleitung, sondern auch einen Abschnitt der Halteplatte umschließen muss, was insbesondere deshalb schlecht mit der eigentlich gewünschten kompakten Bauform zu vereinbaren ist, weil dementsprechend auch größere Knickschutzfedern benötigt werden. Schließlich lässt auch die Effizienz der Fertigung bei diesem Aufbau zu wünschen übrig, denn die optimale Geometrie der Halteplatte ist in der Regel für unterschiedliche zu überwachende Bauteile unterschiedlich. Der bekannte Aufbau des Temperatursensors mit Halteplatte erzwingt aber für jede Variation des Aufbaus der Halteplatte, insbesondere im Hinblick auf deren Dicke, ebenso eine Anpassung des Führungselements an die jeweiligen Gegebenheiten, wie eine Variation der für die elektrischen Zuleitungen verwendeten Werkstoffe und Geometrien, was einer effizienten Fertigung entgegensteht.
Die Aufgabe der Erfindung liegt also darin, einen effizient und kostengünstig zu fertigenden Temperatursensor mit Halteplatte bereitzustellen, dessen Geometrie einfach an die jeweiligen Einbaubedingungen anpassbar ist, der eine kompakte Bauform aufweist und bei dem die elektrische Zuleitung besser gegen Knickung und Verschiebung in der Plattenebene der Halteplatte geschützt ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Temperatursensor mit Halteplatte mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Temperatursensor weist ein Sensorelement, eine Halteplatte mit einer Anlagefläche und mindestens eine elektrische Zuleitung, die ausgehend vom Sensorelement durch eine Öffnung in der Halteplatte geführt ist, auf. Erfindungswesentlich ist, dass auf der Anlagefläche gegenüberliegenden Seite der Halteplatte oder an einer Stirnseite der Halteplatte ein Führungselement angeordnet ist, durch das die elektrische Zuleitung so hindurchgeführt ist, dass zumindest das dem Sensorelement zugewandte Ende des geführten Abschnitts der elektrischen Zuleitung von jedem Abschnitt der Halteplatte in Richtung senkrecht zur Anlagefläche beabstandet ist (was z.B. nicht gegeben ist, wenn dieses Ende des geführten Abschnitts an der Halteplatte anliegt) und gegen eine Verschiebung in jede Richtung außer den Erstreckungsrichtungen der elektrischen Zuleitung gesichert ist. Bevorzugt ist diese Abstandsbedingung auch für das vom Sensorelement abgewandte Ende der elektrischen Zuleitung ebenfalls erfüllt.
Diese Bedingungen sind beispielsweise erfüllt, wenn das Führungselement ein Metallblock ist, der eine Bohrung als Führung aufweist, die den Metallblock parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Anlagefläche der Halteplatte durchsetzt und wenn die elektrische Zuleitung durch diese Bohrung geführt ist. Die genannten Bedingungen können aber z.B. auch unter Verwendung einer Führungsnut realisiert werden.
Die derart geführte elektrische Zuleitung kann dann gegebenenfalls noch in zwei Richtungen verschoben werden, nämlich in Richtung auf die Öffnung der Halteplatte hin und von der Öffnung der Halteplatte fort, was verdeutlicht, dass mit einer elektrischen Leitung zwei Erstreckungsrichtungen verbunden sind.
Zur Klarstellung wird explizit darauf hingewiesen, dass der Abstand in Richtung senkrecht zur Anlagefläche Halteplatte zwischen dem geführten Abschnitt der elektrischen Zuleitung und der Halteplatte für unterschiedliche Bereiche des geführten Abschnitts der elektrischen Zuleitung unterschiedlich sein kann. Zwar verläuft vorzugsweise der geführte Abschnitt der elektrischen Zuleitung im Wesentlichen parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Anlagefläche der Halteplatte, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
Da das so ausgestaltete Führungselement einen Mindestabstand zwischen der vom zu überwachenden beheizten Bauteil abgewandten Oberfläche der Halteplatte aufweist und dem geführten Bereich der elektrischen Zuleitung vorgibt wird sichergestellt, dass eine Knickung der elektrischen Zuleitung an der Stelle, an der sie die Halteplatte durchsetzt begrenzt ist. Gleichzeitig wird eine Bewegung der elektrischen Zuleitung, die zu einem Scheuern der elektrischen Zuleitung an der Knickstelle führen kann, besonders effektiv vermieden, weil die Öffnung, durch die die elektrische Zuleitung geführt wird, vollständig an deren Durchmesser angepasst werden kann, da kein Abschnitt der Halteplatte mit in diese Öffnung eingeführt werden muss.
Zugleich eröffnet dieser Abstand einerseits die Möglichkeit, eine Fixierung der elektrischen Zuleitung vorzusehen, die nicht auch noch Abschnitte der Halteplatte einschließt, und andererseits die Möglichkeit, eine etwaig vorgesehene Knickschutzfeder mit einem kleineren Radius vorzusehen, was beides zu einer wesentlich kompakteren Bauform beiträgt.
Ferner ist die konkrete Ausgestaltung des Führungselements bei dem erfindungsgemäßen Temperatursensor mit Halteplatte völlig unabhängig von der Halteplattengeometrie, so dass ein identisches Bauteil für alle Ausführungsformen verwendet werden kann, was zu einer besonders effizienten und kostengünstigen Fertigung beiträgt. Auch eine Anpassung an die jeweils gewünschte Ausgestaltung der elektrischen Zuleitung im Hinblick auf deren Form und Verlauf ist leicht durch Anpassung von Verlaufsrichtung und Durchmesser der Bohrung bzw. Nut möglich.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Temperatursensors ist der geführte Abschnitt der elektrischen Zuleitung im Führungselement auch gegen eine Verschiebung in den Erstreckungsrichtungen der elektrischen Zuleitung gesichert. Dies verhindert nicht nur eine erhöhte Belastung der elektrischen Zuleitung an der Kante der Öffnung, durch die es durch die Halteplatte hindurchgeführt wird, sondern vermeidet auch eine wiederholte Veränderung des Knick- oder Biegewinkels an dieser Stelle, die zu Ermüdungsbrüchen der elektrischen Zuleitung führen kann.
Praktisch ist diese Sicherung beispielsweise durch eine Fixierung des geführten Abschnitts möglich, die insbesondere erreichbar ist, wenn der geführte Abschnitt der elektrischen Zuleitung mit einem Isolierschlauch umgeben wird, der den Durchmesser der elektrischen Zuleitung so vergrößert, dass der geführte Abschnitt klemmend im Führungselement geführt ist. Es sind aber auch andere Möglichkeiten denkbar, eine Fixierung herbeizuführen, z.B. durch Verpressen, Verklemmen oder Verkleben.
In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abschnitt der elektrischen Zuleitung, der zwischen der Öffnung in der Halteplatte und dem Führungselement verläuft, einen ersten Unterabschnitt aufweist, in dessen Verlauf der Abstand zwischen elektrischer Zuleitung und der Halteplatte Richtung auf das Führungselement hin zunimmt und einen zweiten Unterabschnitt aufweist, in dem der Abstand zwischen elektrischer Zuleitung und der Halteplatte in Richtung auf das Führungselement hin abnimmt. Bei dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, dass Knick- und Zugspannungen an der Stelle, an der die elektrische Zuleitung durch die Öffnung in der Halteplatte geführt ist, effizient vermieden werden.
Falls ferner sichergestellt ist, dass der maximale Abstand zwischen elektrischer Zuleitung und Halteplatte geringer ist als die Höhe des Führungselements relativ zur Halteplatte, kann das Führungselement eine zumindest partielle Abschirmung gegen eine mögliche Druckbelastung der elektrischen Zuleitung gewährleisten, die wiederum zu einer Reduktion des Risikos einer Knick-Belastung an der Stelle, an der die elektrische Zuleitung durch die Öffnung in der Halteplatte geführt ist, führt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Temperatursensors, die seine Temperaturbeständigkeit und somit auch seine Zuverlässigkeit und Langlebigkeit erhöht, sieht vor, dass die elektrische Zuleitung wenigstens im Bereich zwischen Sensorelement und Führungselement mineralisoliert ist. Insbesondere haben sich in diesem Zusammenhang Temperatursensoren bewährt, bei denen das Sensorelement eine Kontaktstelle von zwei Thermoschenkeln aus unterschiedlichem Material aufweist, die zumindest abschnittsweise in der elektrischen Zuleitung verlaufen und bei denen die elektrische Zuleitung zumindest im Bereich zwischen den Thermoschenkeln mineralisoliert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Temperatursensor nach einem vorstehenden Anspruch ein Führungselement mit einem rohrförmig ausgebildeten Fortsatz zum Aufschieben einer Knickschutzfeder auf. Damit wird verhindert, dass beim Austritt aus dem Führungselement Knickbelastungen auf die elektrische Zuleitung wirken.
Exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1:: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und,
Fig.2:: einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 mit entfernter Knickschutzfeder.

Gleiche Bauteile gleicher Ausführungsformen sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Temperatursensor 1 mit Halteplatte 4. Die Halteplatte 4 ist zweckmäßigerweise mit einem Befestigungsmittel, mit dem der Temperatursensor 1 an dem nicht dargestellten Bauteil, dessen Temperatur überwacht werden soll, befestigbar. Als Beispiel für ein solches Befestigungsmittel, das nicht zwingend Bestandteil des Temperatursensors sein muss, zeigt Figur 1 eine Schraube 7, die ein lediglich in Figur 2 sichtbares, in der Halteplatte 4 angeordnetes Langloch 6 durchsetzt und in ein entsprechendes Gewinde des nicht dargestellten Bauteils, dessen Temperatur überwacht werden soll, eingeschraubt werden kann.
Die Halteplatte 4 wird ferner von einer Öffnung 5 durchsetzt, die von der bei Benutzung des Temperatursensors 1 dem zu überwachenden Bauteil zugewandten Seite des Temperatursensors 1, also der Anlagefläche der Halteplatte 4, zur dieser gegenüberliegenden Seite führt. An der bei Benutzung des Temperatursensors 1 dem zu überwachenden Bauteil zugewandten Seite der Öffnung 5 ist ein Sensorelement 2 angeordnet, das durch eine durch die Öffnung 5 hindurchgeführte elektrische Zuleitung 3 mit einer nicht dargestellten Steuer- und/oder Auslesevorrichtung für das Sensorelement verbunden ist.
Auf der Halteplatte 4 ist ein Führungselement 8 angeordnet, das dort beispielsweise verschweißt, verlötet oder verklebt sein kann. Das Führungselement 8 weist, wie man besonders gut in Figur 2 erkennt, eine zentrale Bohrung 13 auf, durch die die elektrische Zuleitung 3 geführt ist, so dass die elektrische Zuleitung 3 im Wesentlichen parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Anlagefläche der Halteplatte 4 und von der Halteplatte 4 beabstandet verläuft und gegen eine Verschiebung in jede Richtung außer den Erstreckungsrichtungen der elektrischen Zuleitung 3 gesichert ist.
Insbesondere ist in beiden Figuren klar zu erkennen, dass das dem Sensorelement 2 zugewandte Ende des geführten Abschnitts der elektrischen Zuleitung 3 von jedem Abschnitt der Halteplatte 4 in Richtung senkrecht zur Anlagefläche beabstandet ist. Der Abstand in Richtung senkrecht zur Anlagefläche zwischen dem dem Sensorelement 2 zugewandten Ende des geführten Abschnitts der elektrischen Zuleitung 3 von jedem Abschnitt der Halteplatte 4 ist in Figur 2 zur Verdeutlichung der Bedeutung dieses wesentlichen Merkmals mit dem Bezugszeichen d gekennzeichnet. Die zur Vermeidung von Knickproblemen im sensorelementseitigen Endabschnitt der elektrischen Zuleitung 3 benötigte Niveaudifferenz relativ zum Niveau des am zu überwachenden Bauteil anliegenden Abschnitts der Halteplatte wird also durch das an oder auf der Halteplatte 4 angeordnete Führungselement 8 erreicht, in dem nur die, gegebenenfalls von einem Schrumpfschlauch umgebene, elektrische Zuleitung fixiert wird.
In der in Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist darüber hinaus ein in Figur 2 erkennbarer Isolationsschlauch 11 vorgesehen, der den Endabschnitt der elektrischen Zuleitung 3 insbesondere im Bereich der Bohrung 13 umgibt und in diesem Bereich eine Klemmwirkung erzeugt, die eine Sicherung auch gegen Verschiebung in Richtung der Erstreckungsrichtungen der elektrischen Zuleitung 3 bewirkt. Als Konsequenz wird ein auf die elektrische Zuleitung 3 auf der dem Sensorelement 3 abgewandten Seite des Führungselements 8 von diesem aufgenommen und führt nicht zu einer Änderung des Verlaufs der elektrischen Zuleitung 3 im Abschnitt zwischen Sensorelement 2 und Führungselement 8.
In der in Figur 1 und 2 dargestellten Ausführungsform weist dieser Abschnitt, wie insbesondere anhand der Figur 2 erkennbar ist, einen ersten Unterabschnitt R1 auf, in dessen Verlauf der Abstand zwischen elektrischer Zuleitung 3 und der Halteplatte 4 in Richtung auf das Führungselement 8 hin zunimmt, und einen zweiten Unterabschnitt R2 auf, in dem der Abstand zwischen elektrischer Zuleitung 3 und der Halteplatte 5 in Richtung auf das Führungselement 8 hin abnimmt. Dadurch kann eine entspannte, knickfreie Führung der elektrischen Zuleitung 3 sichergestellt werden.
Das Führungselement 8 weist ferner, wie besonders gut in Figur 2 zu erkennen ist, auf seiner dem Sensorelement 2 abgewandten Seite einen rohrförmigen Fortsatz 9 auf, an dem eine nur in Figur 1 dargestellte Knickschutzfeder 10 durch Aufschieben befestigt werden kann, um ein Abknicken der elektrischen Zuleitung 3 an ihrem Austritt aus dem Führungselement 8 zu verhindern.
In Figur 2 sind darüber hinaus weitere Details betreffend eine vorteilhafte Anordnung des Sensorelements 2 zu erkennen. Das Sensorelement 2 weist einen verjüngten Bereich 12 auf, mit dem es in die Öffnung 5 der Halteplatte 4 eingeführt ist und der den Durchmesser der Öffnung 5 aufweist. Die mechanische Verbindung zwischen Sensorelement 2 und Halteplatte 4 kann z.B. durch eine Dreipunkt-Laserschweißung erfolgen, es sind aber z.B. auch andere Arten der Verschweißung oder ein Verlöten, Verklemmen, Einschrauben oder Verkleben möglich. Die elektrische Zuleitung 3 mit dem in diesem Ausführungsbeispiel optional vorgesehenen Isolationsschlauch 11 ist durch die Öffnung 5 hindurch und in eine Ausnehmung im Sensorelement 2 eingeführt, in der ein Leiter 14 der elektrischen Zuleitung 3 in elektrischen Kontakt mit dem Sensorelement 2 gebracht ist.

Bezugszeichenliste

1: Temperatursensor
2: Sensorelement
3: elektrische Zuleitung
4: Halteplatte
5: Öffnung
6: Langloch
7: Schraube
8: Führungselement
9: rohrförmiger Fortsatz
10: Knickschutzfeder
11: Isolationsschlauch
12: verjüngter Bereich
13: Bohrung
14: Leiter
R1: erster Unterabschnitt
R2: zweiter Unterabschnitt
d: senkrechter Abstand zwischen elektrischer Zuleitung und Halteplatte

Claims

Temperatursensor (1) mit einem Sensorelement (2), einer Halteplatte (4) mit einer Anlagefläche und mindestens einer elektrischen Zuleitung (3), die ausgehend vom Sensorelement (2) durch eine Öffnung (5) in der Halteplatte (4) geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Anlagefläche gegenüberliegenden Seite der Halteplatte (4) oder an einer Stirnseite der Halteplatte (4) ein Führungselement (8) angeordnet ist, durch das die elektrische Zuleitung (3) so hindurchgeführt ist, dass zumindest das dem Sensorelement zugewandte Ende des geführten Abschnitts der elektrischen Zuleitung von jedem Abschnitt der Halteplatte in Richtung senkrecht zur Anlagefläche beabstandet ist und gegen eine Verschiebung in jede Richtung außer den Erstreckungsrichtungen der elektrischen Zuleitung (3) gesichert ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) ein Metallblock mit einer Bohrung ist, durch die der geführte Abschnitt der elektrischen Zuleitung (3) geführt ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der geführte Abschnitt der elektrischen Zuleitung (3) im Führungselement (8) auch gegen eine Verschiebung in den Erstreckungsrichtungen der elektrischen Zuleitung (3) gesichert ist.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der elektrischen Zuleitung (3), der zwischen der Öffnung (5) in der Halteplatte (4) und dem Führungselement (8) verläuft, einen ersten Unterabschnitt (R1) aufweist, in dessen Verlauf der Abstand zwischen elektrischer Zuleitung (3) und der Halteplatte (4) in Richtung auf das Führungselement (8) hin zunimmt und einen zweiten Unterabschnitt (R2) aufweist, in dem der Abstand zwischen elektrischer Zuleitung (3) und der Halteplatte (5) in Richtung auf das Führungselement (8) hin abnimmt.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand zwischen elektrischer Zuleitung (3) und der Halteplatte (4) geringer ist als die Höhe des Führungselements (8) relativ zur Halteplatte.
Temperatursensor (1) nach einem vorstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Zuleitung (3) wenigstens im Bereich zwischen Sensorelement (2) und Führungselement (8) mineralisoliert ist.
Temperatursensor (1) nach einem vorstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) eine Kontaktstelle von zwei Thermoschenkeln aus unterschiedlichem Material aufweist, die zumindest abschnittsweise in der elektrischen Zuleitung (3) verlaufen und dass die elektrische Zuleitung zumindest im Bereich zwischen den Thermoschenkeln mineralisoliert ist.
Temperatursensor (1) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) einen rohrförmigen Fortsatz (9) zum Aufschieben einer Knickschutzfeder (10) aufweist.